何当聚首竞技日,却话经验交流时

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  本文邀请了东西部地区3位具有代表性的一线指导老师,为我们讲述他们关于机器人教学和参赛的经验和体会,以期与大家共同分享。
  
  青少年机器人世界杯夺冠经验谈
  
  2004年7月,我辅导和带领的学生代表中国队在里斯本第一次参加“青少年机器人世界杯大赛”,获得中国青少年机器人中学组的第一个世界杯冠军,我也因此晋升为机器人世界杯大赛的国际裁判。2005年7月,作为柳州总教练,我再次带领中国队在日本大阪参加“第九届青少年机器人世界杯大赛”,荣获两个冠军(小学组足球),一个亚军(中学组足球),一个单项奖(中学组舞蹈)。
  从2003年10月开始接触机器人教育到2005年7月两次夺得世界冠军,不到两年时间,但经历的事情和碰到的问题颇多,其中的一些经验和感受与大家分享。
  机器人竞赛活动除了结构的合理设计,最重要的就是机器人程序的设计。我们两次夺冠,最主要就是在程序上实践了几个技术的突破。
  我们使用的是Robolab图形化程序设计语言,图形化程序入门简单,适合学生的使用和操作,同时又能兼容C语言的高级编程,有较广阔的学习发展空间。我们针对的项目是机器人足球项目,在程序设计上的第一个挑战,就是能否实现快速而准确的找球,找球技术能否突破将决定机器人能否上场竞赛。我们的机器人是单光感找球,解决方案是用单光感进行高速旋转找球,这样一条线的扫描就变成了一个面,球在机器人的任何方向都可以快速定位出来。精确的定位球,是我们程序设计的一大突破,直到目前只有很少一部分人能够实现这一技术,现在提供程序与大家分享交流。程序设计如下:
  


  
  第二个解决的是进攻技术,找到球后进行有效的进攻,进攻是制胜的关键,我们凭借快速而灵活的进攻打败了美国、德国和意大利等强队。有效而准确的进球让对手措手不及。进攻程序如下:
  


  
  第三个是防守技术,守住自己的球门就是胜利的保证。我们的机器人总会在对方机器人准备进球的那一刻把球卡在球门然后成功解围,转危为安,再迅速转守为攻,直掏虎穴。防守程序如下:
  


  
  程序设计上有很多创新思路,问题的解决方案也有多种途径,最关键的还是需要学生的灵活运用。在辅导学生上我有一些心得体会,简单笔述与大家交流。
  我们的机器人活动是信息技术课程中的一个活动课,以兴趣小组的形式开展,只能选择一部分学生参加。在挑选竞赛小组学生时,我更侧重学生的兴趣,要挑选有兴趣学习的而不是成绩最好的学生,强烈的求知欲会让他们克服学习上的一切困难。
  我们的活动是在快乐中进行的,为解决一个规定的任务可以奇思妙想,尽情搭建自己的机器人,我更多的是指导学生一些学习、分析问题的方法,在共同的探索中寻找解决方案。学生是学习的主体,在学习过程中要自己去感受和建构所需要的知识(机器人所涉及的物理学、数学、几何学和信息技术等),碰到问题的时候他们更清楚自己需要哪些知识,这个过程老师不能代替。在我们的活动中,我只是兴趣的激发者、活动的组织者和学习的引导者。在学习中一般不给予他们答案,但每次我都给予寻找答案的方法。
  在全国比赛上,学生张艺宝满怀信心,他也是我们着力培养的种子选手,而比赛的结果却让我们很意外,三次比赛机会均以失败告终。这一次的比赛挫折对他是一个巨大的打击,而在我看来,却是一次难得的挫折教育,也是触碰心志、寻找自我的一次探索。我与张艺宝促膝长谈,对失败和成功,梦想和现实,付出与收获,人生与追求等等问题进行交流,并说出了自己的感受。经历挫折,张艺宝最后才得以顺利地登上世界冠军的领奖台。
  (作者单位:广西柳州市第二中学 545001)
  
  来自西部地区的师生心声
  
  文/王艾梅
  一年一度的机器人竞赛通知又发到我们信息技术教师手里,拿着这份通知,信息教研小组开会讨论,又是一场激烈的争论。
  
  教师的意见
  
  教师A:机器人竞赛不属于信息技术教学大纲范畴,我不参与。
  教师B:我们学校经济实力有限,只有两台机器人。让参赛过的选手和有经验的教师带队参加。
  教师C:“机器人竞赛”与“数学奥赛”和“英语奥赛”时间上有冲突。机器人玩得好的学生一般数学学得都很好,“机器人竞赛”与“数学奥赛”相比,绝大部分教师和家长都会认为“数学奥赛”更重要,我们和数学教师争选手,显然我们争不过,两项都参加相对来说不可能,辅导时间就是一个问题。
  参赛教师D:没有组织长期的“机器人”兴趣小组,计划跟不上,衔接的是一个个断层,年年的赛事都是从零开始辅导,没有一个长期的进步。
  教师E:教师之间没有奉献合作的精神,新老教师队伍衔接不好。
  
  学生的心声
  
  学生A:对“机器人”竞赛有兴趣,只在网上见过,没有见过真的。
  参赛选手B:去年参赛过,感觉自己的“机器人”太落后了,没有竞争力。
  参赛选手C:今年还想参赛,不是说一定要拿名次,就是想到全国大赛的环境中见识高手,提高自己。
  参赛选手D:经过“机器人”竞赛,我感觉同学之间合作太重要了。
  学生E:跟选手B玩过几次,兴趣很大,就是机器人太少,老师不让参与。
  思考
  ◆我校地处西北边远地区,信息技术教育相对落后,近几年,随着国家对西部大开发投资力度的增大,信息技术设备也得到了很大的改善,可与参加全国竞赛的水准还是有差距,从参加过的信息技术竞赛的结果可以看出我们自身的软件水平很有限。就机器人来说,学生对机器人很感兴趣,可硬件成本太高。我校只有两台机器人,一般情况下不参加竞赛的学生是看不到的,更谈不上接触。只有被老师选中的选手在老师的带领下进行小心谨慎的学习,这样也阻碍了学生创新思维的发展。
  ◆学校机器人竞赛没有形成一种良好的循环,没有组织机器人课外兴趣活动小组,校内没有竞赛展示。学校与学校之间也没有建立通迅,不能互相交流,选手们只是在自己的学校圈内学习,见识不广,这对机器人创新发展是一个严重的制约。在市内都没有参加过比赛的选手直接参加全国大赛,其经验不足、心理压力也大、紧张,现场发挥不好,参赛的结果可想而知。
  ◆机器人赛事的奖励机制跟不上,机器人比赛有设备改善成本的投入,这是东部和西部教育不能相比的瓶颈。奖励制度不能有效调动一线教师的积极性。去年我校代表全兵团参加全国机器人竞赛,结果不理想,因为学校出资参赛,没有获奖对辅导教师的压力很大,会影响到以后这项活动的开展。
  (作者单位:新疆博乐农五师中学 833400)
  
  只有想不到,没有做不到
  
  文/张朋新
  参加完全国机器人教练培训后,我开始带班,先从四驱车入手。现在的孩子对四驱赛车一点都不陌生,组装车模一个比一个熟练。我帮他们搭建了赛台。精彩的比赛吸引了学校大多数孩子,有的当观众,有的亲自参与。比赛结束后,我让孩子们观看我设计的一个外观类似四驱车的竞速机器人,把它放到标准的比赛场地上,它不但听我的指挥,而且还会自动绕过障碍物回到起点。其实这对于机器人来说很简单,就是三个动作而已。对孩子们来说这比四驱车可神奇多了,一下子就激发了孩子们强烈的好奇心与求知欲,纷纷要求参加机器人的学习。在教会他们进行简单的制作后,帮助他们认识通过设计程序来调控机器人,从只会直走到听从自己的指挥,让机器人走就走、停就停;一个小小的直线竞速机器人,我们便把齿轮比、滑轮、杠杆、力矩和摩擦力等一些科学知识让孩子们通过自己的双手发现、理解并且学会了应用。
  在机器人的教学中最具吸引力、挑战性,最有乐趣的是机器人的设计与搭建。在设计与搭建的训练中,我鼓励孩子们将生活中看到的、想到的以及他们生活中的经验延伸到对机器人的搭建设计中去。“第三届全国青少年机器人比赛”的项目中机器人搬运难度比较高。对于小学生来讲,如何设计机器人的外观和搬运方式是一个难题。我鼓励孩子们多思考,从生活中借鉴经验。学生们有的说,老师,我家附近在施工,场地上我看到叉车可以将很大很重的物体轻松地叉起来,可以仿造它的样子设计,一定很厉害;有的说,老师,我最喜欢看《西游记》,猪八戒背媳妇很有意思,我们可以设计成机器人倒背物体;还有学生说,我爸爸特有劲,一只手就可以将我抱起来,我们也可以设计成机器人一个大手抱住搬运。我充分肯定了他们,并让孩子们将生活中的智慧运用到机器人的设计与搭建中,孩子们设计搭建的机器人各式各样,在八卦图形的场地上演绎出各自不同的精彩。通过设计与搭建,孩子们树立了一个理念——对于设计与搭建机器人来说,只有我们想不到的,没有我们做不到的。
  2003年美国的勇气号、机遇号机器人成功登陆火星,成为孩子们最关注的话题,每天我都让孩子们观看央视的专题节目,上网收集有关的资料,自此以后每节训练课的前10分钟就是展开讨论,从它们的降落,身体每一步展开动作、外形,轮胎的越野性、机械手臂到照相功能,数据的采集与分析等都让孩子们开阔了视野,并且运用我们的机器人套材搭建了一个小小机遇号,以此帮助孩子们理解设计与搭建对于延伸机器人功能的重要性。
  搭建与设计完成后的下一步就是设计机器人的计算机控制程序,针对每一个比赛命题,和孩子们共同分析,老师主要起协调、帮助和指导的作用。在程序设计过程中,孩子们懂得了相互学习的重要性,也培养了他们的合作精神。
  (作者单位:河南省南阳油田第五小学 473132)
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